双减作业本18.4焦耳定律（有解析）

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18.4焦耳定律
知识梳理
1、电流的热效应
（1）定义：电流通过导体时电能转化成________，这种现象叫作电流的热效应。
（2）探究电流产生的热量与电阻的关系
①实验思路：控制________、________不变，改变____________。
②实验装置：如图18－4－1所示，两个透明容器中密封等量的空气，两个容器中都有一段电阻丝，两电阻丝串联，且右边容器中的电阻比较大。
图18－4－1
③实验现象：通电一段时间后，发现与________边容器相通的U形管液面高度差较大。
④实验结论：在电流相同、通电时间相同的情况下，电阻越大，电阻产生的热量越____。
（3）探究电流产生的热量与电流的关系
①实验思路：控制________、__________不变，改变__________。
②实验装置：如图18－4－2所示，两个密闭容器中的电阻一样大，在右边容器的外部，将一个电阻和这个容器内的电阻并联。
图18－4－2
③实验现象：通电一段时间后，发现与____边容器相通的U形管液面高度差较大。
④实验结论：在电阻相同、通电时间相同的情况下，通过电阻的电流越大，电阻产生的热量越____。
（3）影响因素：电流通过导体产生的热量跟导体的________，通过导体的________和________有关。
2、焦耳定律
（1）内容：电流通过导体产生的热量跟____________，跟导体的____________，跟___________________________________。
（2）公式：____________。
3、电热的利用和防止
（1）家里的电热水器、电饭锅、电熨斗，养鸡场的电热孵化器等，都是利用电能转化成热来工作的，都是利用__________的例子。
（2）电视机的后盖有很多孔，是为了________。过多的电热如果不能及时散失，会产生许多________。
思考讨论
1、额定电压相同的灯泡，额定功率越大，电阻越小，正常工作时单位时间内产生的热量越多。可是按照焦耳定律，电阻越大，单位时间内产生的热量越多。二者似乎有矛盾，这是怎么回事？
2、将代入Q＝I2Rt后得出，将U＝IR代入Q＝I2Rt得到Q＝UIt，二者与Q＝I2Rt在使用时有无区别？
难点剖析：
1、如图所示，在“探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”的实验装置中，两个透明容器中分别接入了电阻丝R1和R2，且密封着等量的空气。将导线a和b接入电路进行实验，下列说法不正确的是（　　）
A．在相同时间内右侧容器中空气内能增加的更大
B．若R1和R2阻值等于10Ω，则可以探究电流通过导体产生的热量与电流的关系
C．去掉5Ω的电阻，若要探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，则R1和R2电阻不同
D．该实验装置可以探究电流通过导体产生的热量与通电时间的关系
【解析】
由图可知：R2与容器外5Ω电阻并联，然后与R1串联。
A、根据并联电路的电流关系可知，通过R1的电流大于通过R2的电流，通电时间相同，电阻相同，所以R1产生的热量多，左侧容器中空气内能增加的更大，故A错误；
B、若R1和R2阻值等于10Ω，通电时间相同，通过两个电阻的电流不同，所以能探究电流通过导体产生的热量与电流的关系，故B正确；
C、去掉5Ω的电阻，R1和R2串联，通电时间相同，通过两个电阻的电流相同，若要探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，则R1和R2电阻必须不同，故C正确；
D、在实验过程中，通过开关的闭合和断开可以改变电流通过电阻R1和R2的时间，能探究电流通过导体产生的热量与通电时间的关系，故D正确。
故选：A。
2、家用洗衣机的主要部件就是电动机，若一台洗衣机在220V电路中正常工作时通过的电流为2A，电动机线圈电阻为2Ω，则每分钟电流通过线圈产生的热量为（　　）
A．480J B．1.452×106J C．2.64×104J D．880J
【解析】
每分钟（t=1min=60s）电流通过线圈产生的热量为：Q=I2Rt=（2A）2×2Ω×60s=480J。
故BCD错误；A正确。
故选：A。
3、下列事例，属于防止电流热效应产生危害的是（　　）
A．电热孵化器孵小鸡 B．电热水壶烧水
C．电熨斗熨衣服 D．电脑防热风扇
【解析】
A、用电热孵化器孵小鸡，将电能转化为内能，属于利用电流的热效应，故A不符合题意；
B、使用电热水壶烧水，将电能转化为内能，属于利用电流的热效应，故B不符合题意；
C、用电熨斗熨衣服，将电能转化为内能，属于利用电流的热效应，故C不符合题意；
D、启动电脑防热风扇可给电脑降温，是为了防止电热产生危害，故D符合题意。
故选：D。
对应训练：
1、如图是探究焦耳定律的实验装置，两个烧瓶中装着等质量、等温度的煤油，电阻阻值R1＞R2。闭合开关一段时间后，记录两支温度计的示数。下列说法中正确的是（　　）
A．闭合开关，电阻两端的电压关系为U1＜U2
B．通电1min后R2所在的烧瓶温度计示数更高
C．温度计示数的变化可反映电阻产生热量的多少
D．该装置只能探究电流产生的热量与电阻大小的关系
2、将阻值为40Ω的电阻丝接在电源两端，通电10min，电流产生的热量是1.5×103J，若将阻值20Ω的电阻丝接入同一电源的两端，通电20min，电流产生的热量是（　　）
A．6×104J B．3×103J C．6×103J D．12×104J
3、在生产和生活中许多地方要利用电热，有的时候又要尽量避免电热的产生。以下电器或者设备中是为了避免电热产生的是（　　）
A．养鸡场采用电热孵化器，使孵化雏鸡规模化
B．输电线常采用铜线或者铝线作为芯线
C．利用电流进行金属冶炼
D．利用电烙铁焊接线路板
练习题：
一、填空题（共5题）
1. 家庭使用的电饭煲是利用电流的 工作的，电饭煲通过导线接到电路里，通电后电饭煲内的电炉丝热得发红，而与之相连的导线却不怎么热，这是因为电炉丝的 （选填“电流”或“电阻”）比导线大得多。
2. 如图所示，是晨晨同学探究焦耳定律的部分实验装置，已知 ，，在探究电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系时，应将两电阻丝 在电路。该实验用到的研究方法 （写出一种方法即可）
3. 一只电烙铁的额定电压是 ，在额定电压下工作时的电阻是 ，它的额定功率是 ，在额定电压下通电 产生 热量。
4. 小明用毛皮摩擦过的橡胶棒与悬挂着的泡沫小球靠近时，它们相互排斥，则该泡沫小球带 电；小明发现空调与台灯的电源线虽然都是铜线，但规格明显不同，这主要是因为 （填“长度”或“横截面积”）对导线电阻的影响；小明家的空调电辅热系统的电阻丝阻值为 ，工作时的电流为 ，则通电 电阻丝产生的热量为 。
5. 一台电动机正常工作时的电压为 ，线圈的电阻 ，通过线圈的电流 ，这台电动机工作 ，线圈产生的热量是 。那么它的电功率是 。
二、选择题（共3题）
6. 下列利用“电流热效应”工作的是
A．电冰箱 B．电风扇 C．电饭锅 D．发光二极管
7. 如图 是探究“电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关”的实验装置，通电前， 、 两个 型管的液面相平，通电一段时间后，通过 、 的电流分别为 、 ，则
A． ， 管中的液面较低 B． ， 管中的液面较高
C． ， 管中的液面较高 D． ， 管中的液面较低
8. 小明家的电热毯内的电阻丝断了，他爸爸把断了的电阻丝搭在一起，电热毯仍能使用，但不久又会在搭接处烧断。会在搭接处烧断的原因是
A．电阻丝上搭接处电阻较小，造成局部过热
B．电阻丝上搭接处电阻较大，造成局部过热
C．电阻丝上搭接处电流比其它处电流小，造成局部过热
D．电阻丝上搭接处电流比其它处电流大，造成局部过热
三、实验题（共1题）
9. 为了探究“电流产生的热量与电阻大小的关系”，小伟同学采用了如图的实验装置，其中 。
(1) 甲、乙两瓶中装入质量和初温相同的同种液体的目的是便于通过温度计升高示数的多少反映 的多少，这种实验方法物理学中称为 法。
(2) 实验中 、 采用串联连接是为了控制 和通电时间相同。
(3) 在通电时间相同时，两瓶内温度计示数上升较多的是 （填“甲”或“乙”）瓶。
选做题：
一、计算题（共2题）
10. 如图所示，电源电压恒为 ， 为电阻箱。闭合开关 ，调节电阻箱使其阻值为 时，电流表示数为 ，灯泡正常发光；再将电阻箱阻值调为 时，电流表示数为 。求：
(1) 小灯泡正常发光时的电阻。
(2) 电阻箱阻值调为 时，灯泡消耗的功率为多少？
(3) 电阻箱阻值调为 时， 内电阻箱上产生的热量是多少？
11. 如图所示电路，已知电源电压为 ， 的阻值为 ， 的阻值为 ， 的阻值为 。求：
(1) 、 都闭合时电流表的示数。
(2) 、 都断开时电路的总功率。
(3) 只闭合 ，电路工作 产生的热量。
答案部分
知识梳理
1、（1）内能；（2）①电流；通电时间；电阻的大小；③右；④多；（3）①电阻；通电时间；电流；③左；④多；（3）电阻；电流；通电时间。
2、（1）电流的二次方成正比；电阻成正比；通电时间成正比。（2）Q＝I2Rt。
3、（1）电热；（2）散热；安全隐患。
思考讨论
1、灯泡的额定电压相同，正常工作的时间相同，根据可知，电阻越小，产生的热量越多，其前提条件是电压相同；
在电流相同时，正常工作的时间相同，根据Q=I2Rt可知，电阻越大，产生的热量越多，其前提条件是电流相同；
所以，在各自的前提条件下，两种说法都是正确的，并不矛盾。
2、(1)电流通过导体时，如果电能全部转化为热，而没有同时转化为其他形式的能量，那么电流产生的热量Q等于消耗的电能，即。
(2)若电流做的功只有一部分转化为电热，则只可用焦耳定律来计算。因为许多用电器除了产生电热外，还要产生其他能量，如电动机主要是产生机械能，电镀槽会产生化学能，收音机主要产生声能等，这些情况下Q＜W。
对应训练：
1、C；2、C；3、B。
练习题
一、填空题（共5题）
1. 【答案】热效应；电阻
【解析】电饭煲工作时，将电能转化为内能，是利用电流的热效应工作的；
电饭煲在使用时，电饭煲和导线串联，，通电时间 相同，由 、 可知：电流产生的热量：，从而出现电饭煲内的电炉丝热得发红，但跟电炉丝连接的导线都不怎么热的现象。
2. 【答案】串联；转换法或控制变量法
【解析】已知 ，，在探究电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系时，应控制电流和通电时间相同，即需要将两个电阻丝串联接入电路即可；本实验中用温度计示数变化来反映电阻产生热量的多少，用了转换法；在探究电流通过导体产生热量与电阻大小关系时，控制了电流和通电时间相同，用了控制变量法。
3. 【答案】；
4. 【答案】负；横截面积；
【解析】毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，毛皮摩擦过的橡胶棒去靠近悬挂的泡沫小球，发现泡沫小球被排斥，则泡沫小球一定带电，且带负电。
空调与台灯的电源线虽然都是铜线，但规格明显不同，因为空调线的横截面积大，电阻小，故这主要是因为横截面积对导线电阻的影响的；
据焦耳定律可知，此时产生的热量是：
。
5. 【答案】；
【解析】 ，
。
二、选择题（共3题）
6. 【答案】C
【解析】AB、电冰箱、电风扇工作时，主要是电能转化为机械能。故A、B不符合题意；
C、电饭锅工作时电能转化为内能。故C符合题意；
D、发光二极管工作时电能主要转化为光能。故D不符合题意。
故选：C。
7. 【答案】B
【解析】由图可知，右侧两电阻丝并联后与左侧电阻丝串联，
并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以 ，故A、C、D错误；
由 可知，通电时间相同时，，，所以左侧甲电阻产生的热量较多，
密闭空气吸收热量后，体积不变，压强变大，左侧容器内气体的压强与大气压的差值较大， 测玻璃管液面较高。
8. 【答案】B
【解析】由于在搭接，接触面积较小，电阻较大，而通过电流不小，根据公式 可知，此处发热较多，所以会烧断，故应选B。
三、实验题（共1题）
9. 【答案】
(1) 导体放出热量；转换
(2) 电流
(3) 乙
【解析】
(1) 实验中根据温度计的示数，来判断导体放出热的多少，这种方法叫转换法。
(2) 实验中 、 串联连接，则通过这两个电阻的电流是相同的。
(3) 在通电时间相同、电流相同时，电阻越大，产生的热量越多，乙中电阻的阻值大，产生的热量多，温度计示数上升较多。
选做题：
一、计算题（共2题）
10. 【答案】
(1)
(2)
(3)
【解析】
(1) 由图知小灯泡与电阻箱串联，
由 可得，电阻箱两端的电压：
根据串联电路电压的规律知，小灯泡两端的电压：
，
则小灯泡正常发光时的电阻：
。
(2) 将电阻箱阻值调为 时，电流表示数为 ，
电阻箱两端的电压：
，
小灯泡两端的电压：
，
灯泡消耗的功率：
。
(3) 电阻箱阻值调为 时， 内电阻箱上产生的热量：。
11. 【答案】
(1)
(2)
(3)
【解析】
(1) 当 、 都闭合时， 与 并联，电流表测干路电流；电流表的示数：。
(2) 当 、 都断开时， 与 串联，电路中的电流：；
电路的总功率：。
(3) 只闭合 时，电路为 的基本电路，电路工作 产生的热量：。
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